紅外成像測溫技術在變電站設備中的應用

1 什么是紅外成像測溫技術
1)紅外診斷技術
變電設備是電力系統(tǒng)的樞紐，其運行狀態(tài)直接決定電力系統(tǒng)的安全和效益，紅外診斷技術已成為狀態(tài)檢修的有效手段。任何有一定溫度的物體，都會以電磁波的形式向外界輻射能量。所輻射能量的大小與該物體的熱力學溫度的四次方成正比。利用這個原理制成的紅外點溫儀，無需與物體接觸，屬于非接觸式測量。
紅外測溫技術是利用紅外探測技術獲取設備的紅外輻射狀態(tài)的熱信息，然后轉換成溫度進行顯示的技術，它能測量設備表面上某點周圍確定面積的平均溫度，以溫度高低來判斷其工作狀態(tài)的正常與否。紅外測溫系統(tǒng)的組成如圖1所示，設備的紅外輻射通過大氣傳輸到紅外測溫儀，測溫儀中的光學系統(tǒng)將設備輻射的能量匯聚到探測器上，探測器將入射的輻射轉換成為電信號，經過信號處理后顯示出來。在運行中的高壓電氣設備上運用紅外測溫方法比傳統(tǒng)接觸式測溫有利之處較多，見表1。

2)紅外熱成像技術
紅外熱成像技術是通過對電氣設備表面溫度及其分布的測試、分析和判斷，可以準確地發(fā)現(xiàn)電氣設備運行中的異常和缺陷，從而使部分事故檢修轉為預見性檢修。應用紅外測溫儀和熱成像儀等診斷技術可實現(xiàn)設備運行狀態(tài)時遠距離、不停電、不接觸、不取樣、不解體的情況下，檢測出設備故障引起的異常紅外輻射和溫度，有效的判斷設備存在的外部缺陷和內部缺陷，從而實現(xiàn)故障隱患的提早發(fā)現(xiàn)并及時進行處理，給電力系統(tǒng)線路狀態(tài)監(jiān)測提供了一種先進手段。
紅外熱成像儀的功能及優(yōu)勢： (1)通過對設備表面溫度分布的測量，可以分析設備內部熱損耗部位和性質，從而判斷該設備的健康狀態(tài)。熱點溫度直觀顯示，熱圖像清晰，能儲存和打印。 (2)具有定性成像與定量測量的雙重功能，并有較高空間分辨率和溫度分辨率，能夠辨別很小的溫差。實時熱圖像能夠清晰顯示在屏幕上，為建立熱圖像數據庫提供了條件，實現(xiàn)了圖像采集、儲存、分析于一體的功能。(3)用紅外熱成像儀檢測設備，屬于遠距離非接觸式的掃描巡檢，可以保證人身設備的安全。 (4)紅外熱成像儀檢測設備，如同用攝像機錄像，能夠快速的對大面積的設備進行檢測，能夠準確、直觀的發(fā)現(xiàn)與運行電壓、電流有關的設備缺陷，還可對缺陷的性質、位置、程度做出定性、定量的判斷。

2 紅外成像測溫技術應用效益明顯
變電站的設備巡視是運行人員每天進行的一項重要工作，其手段方法一般為通過目測、耳聽和鼻嗅等來了解設備的運行情況，其中以目測為主。但目測的方法有著很大的局限性，對一些有發(fā)展性的缺陷，特別是設備內部缺陷，要到設備發(fā)熱到一定程度后才能被發(fā)現(xiàn)，這樣不但給設備缺陷的及時發(fā)現(xiàn)和處理造成延誤，而且可能會對運行設備造成不同程度的損壞。在變電站設備巡視中利用紅外成像測溫技術能在很大程度上提高運行人員發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，特別是在政治保電、重大節(jié)假日、迎峰度夏期間對保證我局安全可靠供電起到了積極的預防作用。
我部配備的紅外成像儀在日常的巡視中，能很清晰地顯示設備的溫度場，對設備的整體發(fā)熱情況作很直觀的觀察，對同一設備的不同點溫度的異常也能很快發(fā)現(xiàn)，它具有穩(wěn)定、可靠、測溫迅速、分辨率高、直觀、不受電磁干擾以及信息采集、存儲、處理和分析方便等優(yōu)點，具有點溫儀不可替代的優(yōu)點。但紅外成像儀也存在重量較大、使用不方便和價格貴等缺點，因此紅外成像儀要作為運行人員日常巡視的必備工具還不夠現(xiàn)實，但它在每季度的設備查評、定期的設備夜間檢查或在特殊時期的檢查(如電網迎峰度夏或高峰負荷時)中使用，能收到相當明顯的效果。
在使用過程中，我們有如下體會：(1)操作簡單，設備溫度巡視直觀方便。有的紅外熱成像儀機身輕巧，比如ThermaCAMTME2連電池才O．7kg，攜帶和使用起來非常方便；采用液晶動態(tài)顯示方式，實時顯示掃描的設備溫度圖象；運用菜單操作模式，人機界面友好，操作簡單；還可通過通信口，將圖象信息傳輸到計算機，利用計算機對溫度圖象進行后臺處理。(2)以掃描方式探測設備溫度，取代逐點測量模式，極大提高工作效率。E2紅外熱成像儀采用圖象掃描的工作方式，可同時測量掃描范圍內所有設備的溫度，并且可以通過設置，對掃描范圍內超過允許溫度值進行報警，利用此機對變電站進行巡視，一座變電站只需十幾分鐘到半個小時即可完成所有設備的溫度初步測量。(3)通過掃描方式測溫，使得對變電站設備溫度的重點測量轉為全面測量成為可能。由于其掃描溫度的工作特點，E2紅外熱成像儀可以實現(xiàn)對設備溫度的全面測量，不僅設備接頭部分可以全部測量，設備器身如變壓器、斷路器、瓷瓶等均可進行測量。(4)由于測溫效率的提高，從而使設備測溫頻率提高，設備溫度情況掌握更為及時。采用E2后，實現(xiàn)了巡視設備的同時測量設備溫度，使得設備溫度測量頻率與設備巡視頻率實現(xiàn)了同步，設備溫度情況掌握及時性大為提高，使用以來未發(fā)生一起因設備過溫造成的事故。(5)通過溫度圖象，使設備故障分析成為可能。E2測量的設備溫度圖象，由于其溫度信息豐富，可以觀測到設備各點的溫度分布。通過溫度分布信息，可以探測設備內部故障，實現(xiàn)設備故障分析。

3 遠程紅外測溫視頻監(jiān)控系統(tǒng)
遠程紅外測溫視頻監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機、數字云臺、紅外測溫儀、網絡視頻服務器、交換機、網絡通道、監(jiān)控軟件及監(jiān)控終端等組成。本系統(tǒng)的最大特點是在普通的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入高精度的數字云臺和紅外測溫儀，組成了視頻、溫度遠程自動檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)將自動保存每次溫度巡檢的記錄，并可同時進行視頻錄像。一旦系統(tǒng)檢測到溫度異常(即超出高低溫度區(qū)間設置)就會通過監(jiān)控屏幕的閃爍和報警聲音提示監(jiān)控工作人員有異常產生。顯示、報警、預置、記錄查詢等都在監(jiān)控中心實現(xiàn)。這樣，即保證了測量的及時性，又減輕了人力、物力的消耗。